دراسة في فيفو أيض الجلوكوز في الفئران تغذية حمية عالية الدهون باستخدام اختبار تحمل الجلوكوز عن طريق الفم (OGTT) واختبار تحمل الأنسولين (ITT)
Summary
ويصف المقال الحالي الجيل وتوصيف الأيضية للفئران تغذية حمية عالية الدهون كنموذج للمقاومة الأنسولين الناجمة عن النظام الغذائي والسمنة. ويضم كذلك بروتوكولات مفصلة لإجراء اختبار تحمل الجلوكوز عن طريق الفم، واختبار تحمل الأنسولين، رصد التعديلات كامل الجسم من الجلوكوز الأيض في الجسم الحي.
Abstract
السمنة تمثل أهم عامل خطر واحد في الآلية المرضية لداء السكري من النوع 2، أمراض التي تتسم بمقاومة للإقبال على حفز الأنسولين الجلوكوز و ديكومبينسيشن إجمالي من استقلاب الجلوكوز الجهازية. وعلى الرغم من إحراز تقدم كبير في فهم استقلاب الجلوكوز، تظل الآليات الجزيئية للائحته في الصحة والمرض تحت التحقيق، بينما هناك حاجة ماسة إلى نهج جديدة لمنع وعلاج مرض السكري. النظام الغذائي المشتقة الجلوكوز يحفز إفراز البنكرياس للأنسولين، والذي بمثابة الجهة الرئيسية العمليات الابتنائية الخلوية أثناء التغذية-الدولة وأرصدة الجلوكوز في الدم وبالتالي المستويات للحفاظ على مركز الطاقة الشاملة. الإتخام المشغلات ميتا-التهاب مزمن، مما يؤدي إلى تغييرات في الأنسولين المحيطية المرتبطة بمستقبلات الإشارات ومما يقلل من الحساسية للتخلص منها بوساطة الأنسولين الجلوكوز. هذه الأحداث في نهاية المطاف إلى جلوكوز الصيام مرتفعة ومستويات الأنسولين، فضلا عن خفض في تحمل الجلوكوز، الذي بدوره بمثابة مؤشرات هامة لمقاومة الأنسولين. نقدم هنا، على بروتوكول لتوليد وتوصيف الأيضية لحمية عالية الدهون (HFD)-تغذية الفئران كنموذج المستخدمة بشكل متكرر من مقاومة الأنسولين الناجمة عن النظام الغذائي. نحن توضح بالتفصيل اختبار تحمل الجلوكوز عن طريق الفم (OGTT)، الذي يرصد الطرفية التخلص من الجلوكوز تدار شفويا إفراز الأنسولين وتحميل على مر الزمن. بالإضافة إلى ذلك، فإننا نقدم بروتوكول لاختبار تحمل الأنسولين (ITT) لمراقبة عمل الأنسولين الجسم بكامله. معا، هذه الأساليب وتطبيقاتها المصب تمثل أدوات قوية لتميز النمط الظاهري الأيضي العام للفئران، وكذلك فيما يتعلق بتقييم التعديلات في الجلوكوز الأيض على وجه التحديد. قد يكون مفيداً بشكل خاص في مجال بحوث واسعة مقاومة الأنسولين ومرض السكري والسمنة توفير فهم أفضل للآلية المرضية، وكذلك فيما يتعلق باختبار آثار التدخلات العلاجية.
Introduction
في العالم المتقدم، السمنة ومرض السكري وصل إلى أبعاد الوباء بسبب الخمول البدني والاستهلاك الزائد من الأغذية المجهزة، الآثار التي تنجم عن سرعة التحضر والتصنيع، فضلا عن العولمة. ورغم أن البحوث على مقاومة الأنسولين وأنها المراضات المشارك، مثل الدهون وتصلب الشرايين، وقد برزت خلال العقود الأخيرة، الآليات البيولوجية المعقدة التي تنظم الأيض في الصحة والمرض ما زالت غير كامل يفهم ولا تزال هناك حاجة ماسة لطرق العلاج الجديدة لمنع وعلاج هذه الأمراض1.
الأنسولين، وأنها التعاقبية هرمون الجلوكاجون بمثابة المنظمين الرئيسيين الطاقة الخلوية الإمداد و macronutrient التوازن، وبالتالي أيضا الحفاظ على تركيزات الجلوكوز الدم المنهجي السليم2. أعمال الجلوكوز نفسه كواحد من أهم محفزات لإفراز الأنسولين من خلايا بيتا في البنكرياس، بينما المغذيات الكبيرة الأخرى، وعوامل خلطيه فضلا عن المدخلات العصبية كذلك تعديل هذا الرد. ونتيجة لذلك مشغلات الأنسولين العمليات الابتنائية الدولة بنك الاحتياطي الفيدرالي بتيسير نشر جلوكوز الدم الزائد في العضلات والخلايا الدهنية وزيادة تفعيل تحلل فضلا عن البروتين أو الأحماض الدهنية التوليف، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، يمنع الأنسولين الجلوكوز الكبدي الناتج عن طريق تثبيط gluconeogenesis. استهلاك الطاقة الزائدة المزمنة وميتا-التهاب يؤدي إلى hyperinsulinemia ومقاومة الأنسولين المحيطية بسبب الأسفل التنظيم التعبير مستقبلات الأنسولين، فضلا عن التعديلات في المصب مسارات الإشارات، مما يؤدي إلى ضعف حساسية للتخلص من الجلوكوز بوساطة الأنسولين، فضلا عن تثبيط غير كافية من الجلوكوز الكبدي الإنتاج3،4،،من56.
مجموعة واسعة من نماذج حيوانية مع التعريفي الوراثية أو التغذية أو التجريبية للمرض قد أثبتت أن تكون أدوات ممتازة دراسة الآليات الجزيئية لمقاومة الأنسولين، وأشكال مختلفة من مرض السكري، فضلا عن الأمراض المصاحبة لها7 . مثال هو نموذج الماوس المستخدمة على نطاق واسع والراسخة التي يسببها HFD، التي تتسم بزيادة الوزن السريع بسبب زيادة المدخول الغذائي في تركيبة مع انخفاض كفاءة التمثيل الغذائي، أسفر عن الأنسولين المقاومة8، 9-سواء في النماذج الحيوانية والبشر، وارتفاع في الصوم الدم الجلوكوز والإنسولين المستويات، فضلا عن التسامح البصر إلى إدارة الجلوكوز هي المؤشرات المستخدمة بشكل متكرر من مقاومة الأنسولين وغيرها التعديلات النظامية من الجلوكوز الأيض. رصد الجلوكوز والإنسولين مستويات الدم في الدولة القاعدية أو بعد التحفيز بالتالي قراءات الوصول إليها بسهولة.
ويوجز هذا البروتوكول توليد تغذية HFD الفئران، فضلا عن الأساليب المستخدمة بشكل متكرر اثنين، اختبار تحمل الجلوكوز عن طريق الفم (OGTT) واختبار مقاومة الأنسولين (ITT)، ومفيدة لتحديد خصائص النمط الظاهري الأيضية والتحقيق التعديلات في الجلوكوز الأيض. يصف لنا OGTT بالتفصيل، الذي يقيم التخلص من الجلوكوز تدار شفويا إفراز الأنسولين وتحميل على مر الزمن. علاوة على ذلك، نحن توفر إرشادات حول كيفية إجراء أي تي تي للتحقيق في كامل الجسم الأنسولين للعمل عن طريق رصد تركيز جلوكوز الدم استجابة لبولس الأنسولين. البروتوكولات المذكورة في هذه المقالة هي الراسخة والتي استخدمت في دراسات متعددة10،،من1112. بالإضافة إلى التعديلات الطفيفة التي قد تساعد على زيادة نجاح، ونحن تقديم مبادئ توجيهية لتصميم التجارب، وتحليل البيانات، فضلا عن تلميحات مفيدة لتجنب المزالق المحتملة. البروتوكولات المبينة في هذا التقرير يمكن أن تكون أدوات قوية جداً للتحقيق في تأثير العوامل البيئية الوراثية والدوائية والغذائية وغيرها على استقلاب الجلوكوز في الجسم كله والاضطرابات المرتبطة به مثل مقاومة الأنسولين. بالإضافة إلى تحفيز مع السكر أو الأنسولين، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من مركبات أخرى للتحفيز استناداً إلى غرض البحث الفردي. على الرغم من خارج نطاق هذه المخطوطة، يمكن تنفيذ العديد من التطبيقات الأخرى المصب على عينات الدم مرسومة، مثل تحليل الدم قيم خلاف الجلوكوز والإنسولين (التشكيلات الجانبيةمثلاًوالدهن والبروتين الدهني) فضلا عن مفصل تحليل علامات الأيضية (مثلاً، بكمية الوقت الحقيقي Polymerase سلسلة من ردود الفعل (PCR) وتحليل لطخة غربية، ومقايسة الممتز Enzyme-Linked (ELISA)). زيادة التدفق الخلوي ويمكن تطبيق Fluorescence تنشيط الخلية الفرز (نظام مراقبة الأصول الميدانية) للتحقيق في الآثار في السكان خلية مفردة متميزة، في حين ترانسكريبتوميك والبروتين، والنهج metabolomic يمكن استخدامها أيضا لتحليل غير المستهدفة.
عموما، نحن نقدم بروتوكول بسيط لتوليد نموذج المستحثة HFD ماوس، بينما تصف كذلك النهجين قوية لدراسة التعديلات كامل الجسم الأيضية، OGTT وشركة ITT، التي يمكن أن تكون أدوات مفيدة لدراسة منشأ المرض و تطوير علاجات جديدة، لا سيما في مجال أمراض مرتبطة بالتمثيل الغذائي مثل مقاومة الأنسولين ومرض السكري.
Protocol
Representative Results
Discussion
مع ارتفاع معدل انتشار مرض السكري والأمراض المرتبطة بها في سكان العالم، هناك حاجة قوية للبحث تناول الآلية الجزيئية والوقاية، والعلاج من المرض19. البروتوكول قدم وصف أساليب راسخة لتوليد HFD الفئران، نموذج حيوان قوية تستخدم لأبحاث التمثيل الغذائي، فضلا عن التوصيل OGTT وشركة ITT، الت?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا البحث “صندوق” عمدة مدينة فيينا والوكالة الألمانية عن für لابوراتوريومسميديزين und كيمي كلينش الطبية العلمية.
Materials
| Mouse strain: C57BL/6J | The Jackson Laboratory | 664 | LFD/HFD |
| Accu Chek Performa – Glucometer | Roche | 6870228 | OGTT/ITT |
| Accu Chek Performa – Strips | Roche | 6454038 | OGTT/ITT |
| D-(+)-Glucose solution | Sigma-Aldrich | G8769 | OGTT |
| Actrapid – Insulin | Novo Nordisk | 417642 | ITT |
| Reusable Feeding Needles | Fine Science Tools | #18061-22 | OGTT; 22 gauge (-24 gauge for young mice) |
| Omnifix-Fine dosing syringes | Braun | 9161406V | OGTT/ITT |
| Sterican Insulin needle (30G x 1/3"; ø 0.30 x 13 mm) | Braun | 304000 | ITT; lean mice |
| Sterican (G 27 x 3/4"; ø 0.40 x 20 mm) | Braun | 4657705 | ITT; mice on HFD |
| 96 Well PCR Plates, non-skirted, flexible | Braintree Scientific, Inc. | SP0016 | OGTT |
| Ultrasensitive Mouse Insulin ELISA kit | Crystam Chem | 90080 | OGTT |
| Rodent Diet with 60% kcal% fat | Research Diets Inc | D12492 | mice on HFD |
| Rodent Diet with 10% kcal% fat. | Research Diets Inc | D12450B | mice on LFD |
| BRAND micro haematocrit capillary | Sigma-Aldrich | BR749321 | OGTT/ITT |
| Vaseline – creme | Riviera | P1768677 | OGTT/ITT |
Referências
- Qatanani, M., Lazar, M. A. Mechanisms of obesity-associated insulin resistance: many choices on the menu. Genes Dev. 21 (12), 1443-1455 (2007).
- Wilcox, G. Insulin and insulin resistance. Clin Biochem Rev. 26 (2), 19-39 (2005).
- Reaven, G. M. Pathophysiology of insulin resistance in human disease. Physiol Rev. 75 (3), 473-486 (1995).
- Kahn, B. B. Type 2 diabetes: when insulin secretion fails to compensate for insulin resistance. Cell. 92 (5), 593-596 (1998).
- Gregor, M. F., Hotamisligil, G. S. Inflammatory mechanisms in obesity. Annu Rev Immunol. 29, 415-445 (2011).
- Odegaard, J. I., Chawla, A. Pleiotropic actions of insulin resistance and inflammation in metabolic homeostasis. Science. 339 (6116), 172-177 (2013).
- Srinivasan, K., Ramarao, P. Animal models in type 2 diabetes research: an overview. Indian J Med Res. 125 (3), 451-472 (2007).
- Surwit, R. S., Kuhn, C. M., Cochrane, C., McCubbin, J. A., Feinglos, M. N. Diet-induced type II diabetes in C57BL/6J mice. Diabetes. 37 (9), 1163-1167 (1988).
- Winzell, M. S., Ahren, B. The high-fat diet-fed mouse: a model for studying mechanisms and treatment of impaired glucose tolerance and type 2 diabetes. Diabetes. 53, S215-S219 (2004).
- Ayala, J. E., et al. Standard operating procedures for describing and performing metabolic tests of glucose homeostasis in mice. Dis Model Mech. 3 (9-10), 525-534 (2010).
- Jais, A., et al. Heme oxygenase-1 drives metaflammation and insulin resistance in mouse and man. Cell. 158 (1), 25-40 (2014).
- Teperino, R., et al. Hedgehog partial agonism drives Warburg-like metabolism in muscle and brown fat. Cell. 151 (2), 414-426 (2012).
- Cresto, J. C., et al. Half life of injected 125I-insulin in control and ob/ob mice. Acta Physiol Lat Am. 27 (1), 7-15 (1977).
- First report of the BVA/FRAME/RSPCA/UFAW joint working group on refinement. Removal of blood from laboratory mammals and birds. Lab Anim. 27 (1), 1-22 (1993).
- McGuill, M., Rowan, A. Biological Effects of Blood Loss: Implications for Sampling Volumes and Techniques. ILAR. 31 (4), 5-18 (1989).
- Hoff, J. Methods of Blood Collection in the Mouse. Lab Animal. 29 (10), 47-53 (2000).
- Jacobson, L., Ansari, T., McGuinness, O. P. Counterregulatory deficits occur within 24 h of a single hypoglycemic episode in conscious, unrestrained, chronically cannulated mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 290 (4), E678-E684 (2006).
- Guariguata, L., et al. Global estimates of diabetes prevalence for 2013 and projections for 2035. Diabetes Res Clin Pract. 103 (2), 137-149 (2014).
- Freeman, H. C., Hugill, A., Dear, N. T., Ashcroft, F. M., Cox, R. D. Deletion of nicotinamide nucleotide transhydrogenase: a new quantitive trait locus accounting for glucose intolerance in C57BL/6J mice. Diabetes. 55 (7), 2153-2156 (2006).
- Pelleymounter, M. A., et al. Effects of the obese gene product on body weight regulation in ob/ob mice. Science. 269 (5223), 540-543 (1995).
- Chen, H., et al. Evidence that the diabetes gene encodes the leptin receptor: identification of a mutation in the leptin receptor gene in db/db mice. Cell. 84 (3), 491-495 (1996).
- Rossini, A. A., Like, A. A., Dulin, W. E., Cahill, G. F. Pancreatic beta cell toxicity by streptozotocin anomers. Diabetes. 26 (12), 1120-1124 (1977).
- Bailey, C. J., Flatt, P. R. Hormonal control of glucose homeostasis during development and ageing in mice. Metabolism. 31 (3), 238-246 (1982).
- Shi, H., et al. Sexually different actions of leptin in proopiomelanocortin neurons to regulate glucose homeostasis. Am J Physiol Endocrinol Metab. 294 (3), E630-E639 (2008).
- Collins, S., Martin, T. L., Surwit, R. S., Robidoux, J. Genetic vulnerability to diet-induced obesity in the C57BL/6J mouse: physiological and molecular characteristics. Physiol Behav. 81 (2), 243-248 (2004).
- Heijboer, A. C., et al. Sixteen hours of fasting differentially affects hepatic and muscle insulin sensitivity in mice. J Lipid Res. 46 (3), 582-588 (2005).
- Kohsaka, A., Bass, J. A sense of time: how molecular clocks organize metabolism. Trends Endocrinol Metab. 18 (1), 4-11 (2007).
- Drucker, D. J. Incretin action in the pancreas: potential promise, possible perils, and pathological pitfalls. Diabetes. 62 (10), 3316-3323 (2013).
- Andrikopoulos, S., Blair, A. R., Deluca, N., Fam, B. C., Proietto, J. Evaluating the glucose tolerance test in mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 295 (6), E1323-E1332 (2008).
- Ahren, B., Winzell, M. S., Pacini, G. The augmenting effect on insulin secretion by oral versus intravenous glucose is exaggerated by high-fat diet in mice. J Endocrinol. 197 (1), 181-187 (2008).
- Bowe, J. E., et al. Metabolic phenotyping guidelines: assessing glucose homeostasis in rodent models. J Endocrinol. 222 (3), G13-G25 (2014).
- Arioli, V., Rossi, E. Errors related to different techniques of intraperitoneal injection in mice. Appl Microbiol. 19 (4), 704-705 (1970).
- Miner, N. A., Koehler, J., Greenaway, L. Intraperitoneal injection of mice. Appl Microbiol. 17 (2), 250-251 (1969).
- Heikkinen, S., Argmann, C. A., Champy, M. F., Auwerx, J. Evaluation of glucose homeostasis. Curr Protoc Mol Biol. Chapter. , 23 (2007).
- Muniyappa, R., Lee, S., Chen, H., Quon, M. J. Current approaches for assessing insulin sensitivity and resistance in vivo: advantages, limitations, and appropriate usage. Am J Physiol Endocrinol Metab. 294 (1), E15-E26 (2008).
- McGuinness, O. P., Ayala, J. E., Laughlin, M. R., Wasserman, D. H. NIH experiment in centralized mouse phenotyping: the Vanderbilt experience and recommendations for evaluating glucose homeostasis in the mouse. Am J Physiol Endocrinol Metab. 297 (4), E849-E855 (2009).
- Pacini, G., Omar, B., Ahren, B. Methods and models for metabolic assessment in mice. J Diabetes Res. 2013, 986906 (2013).
- Polonsky, K. S., Rubenstein, A. H. C-peptide as a measure of the secretion and hepatic extraction of insulin. Pitfalls and limitations. Diabetes. 33 (5), 486-494 (1984).
- Hughey, C. C., Wasserman, D. H., Lee-Young, R. S., Lantier, L. Approach to assessing determinants of glucose homeostasis in the conscious mouse. Mamm Genome. 25 (9-10), 522-538 (2014).
